桂西北巖溶地下水庫建設的思考

鄧永光，鄧悅敏

(1.廣西水利電力職業技術學院，廣西 南寧 530023;2.哈爾濱商業大學，黑龍江 哈爾濱 150028)

1 桂西北巖溶地區水資源現狀

以地頭水柜為主的雨水集蓄利用工程，在一定程度上解決了桂西北生活用水問題和糧食生產問題，在經濟效益、社會效益、生態效益上取得了顯著的成績。但水柜占用一定的土地面積，影響到環境景觀，水柜建設越多這個問題越嚴重，且2009年8月開始到2010年的冬春連旱暴露出工程存在的水質、水量和建設管理問題［1］，因其蓄水體積有限，發揮作用受到天氣、耕地和管理等諸多條件限制，只能滿足于一時之需，隨著干旱季節的延長其作用越來越小。解決地頭水柜雨水集蓄利用工程的水量問題比解決水質和建設管理問題更復雜。水柜水量不足的原因主要有:一是水柜的體積有限;二是水柜的水源多數為降雨形成的地表徑流，少數為降水補給的泉水，雨、人、柜三個條件同時滿足才能蓄水，而更多的雨水由于巖溶地區的地形地質原因，很快就灌入地下成為地下水資源。

1999—2009年，廣西地礦局進行了巖溶石山區地下水資源勘查與生態環境地質調查，同時對廣西典型地區和重點巖溶流域進行地下水與環境地質調查及建設地下水利用環境整治示范工程，調查地下河系127條，巖溶大泉85個，按地下河、大泉子系統為基本計算單元，以地表水文三級系統為匯總單元，全區巖溶地下水天然資源量每年791.37億 m3，允許開采量每年197.57億 m3，巖溶水可有效開發利用潛力量每年180.70億 m3，而現狀地下水開采量占可開采量的比例，清水河流域為7.5%，汪莊河流域為7.25%，龍須河流域為5%［2］。2007年廣西地質勘查總院承擔的《廣西重點巖溶流域水文地質及環境地質調查(黑水河流域)》，初步評價黑水河流域巖溶地下水每年允許開采量超過7.8億 m3，現狀開采量僅占允許開采量的5.4%［3］。從巖溶地區地下水的開發利用現狀來看，地下水的開發潛力非常巨大。

要把巖溶地區水柜攔蓄不了的水資源留在本區來加以利用，有必要加大地下水庫的工程建設，以工程、生物、農業相結合的綜合措施來調蓄水資源，使三種水庫形成一個完整的水庫系統，充分利用本區的容水空間最大限度蓄積水資源，因地制宜地綜合利用，或發電，或供水，或灌溉，方可有效地提高水資源的利用率，并確保其可持續利用，從根本上提高抗災能力和綜合生產能力，解決大石山區秋冬連旱和電力供應等問題。

2 巖溶地區興建地下水庫的可行性分析

歷年來的地質調查研究工作為巖溶地區利用地下水資源和地質環境綜合整治提供了豐富的基礎地質資料。

巖溶地區的地質調查，尤其是自1999年以來中國地質調查局在西南巖溶地區開展的國土資源大調查項目“西南巖溶地區地下水與環境地質調查”(2003—2006年)［4］，基本查明了西南巖溶干旱缺水和石漠化重點地區巖溶發育規律、各流域內以地下河為代表的巖溶地下水系的分布及其主要水文地質特征、巖溶水開發利用條件及開發利用現狀，查明了巖溶干旱、洪澇、水質污染和石漠化等環境地質問題，局部也系統調查了流域內30 a來水質變化情況［3］，進行巖溶地下水開發和石漠化綜合整治區劃，并就一些地下河和巖溶大泉的開發利用提出具體開發利用建議和方案，實施了一些巖溶地下水的有效開發利用與石漠化綜合整治示范工程，分別在貴州、云南、湖南、廣西等地取得顯著成效，成功總結出了山區開發表生帶巖溶水、徑流和排泄區開發地下河水、平原或蓄水構造采用鉆孔取水等三種巖溶水開發模式，如“貴州巨木地下河開發利用示范工程”，“廣西平果表生巖溶泉利用示范工程”，“湖南龍山縣八仙洞堵洞成庫示范工程”［5］，在廣西還成功實施了以桂中新埠江流域為例的峰林平原、以廣西黎塘示范區為例的巖溶平原干旱區、扶綏縣東門蓄水構造、忻城福六浪巖溶洼地等巖溶水資源開發與利用工程。［4］

概括來說，目前巖溶地區地下水一般有如下開發利用方式，一是選擇地下水淺埋的地段直接開挖或鉆孔取水;二是從地下河天窗、溶潭及泉口直接提取地下水;三是準確測定地下河的空間位置，或打隧道，或筑壩修建地下水庫(電站)后將地下河水引出地表灌溉、發電;四是在巖溶洼地、巖溶大泉及地下河出口下游，選擇有利的地形地質條件建壩成地表水庫。目前西南巖溶地區地下水開發利用一般是供人畜飲用及部分耕地灌溉用水，主要方式是在地下河、巖溶泉出口、地下河溢流天窗攔堤引水，或在地下河天窗、有水溶洞、泉口開控成井裝機抽水，或鉆井抽水，或用水柜蓄積表層巖溶泉水［2］。雖然很多地方因地制宜采用了各種開發利用方式，但還不能充分利用巖溶山區的豐富地下水資源，地下水開發利用率低，很有必要改變利用方式，通過地下水庫為主調蓄分布低位的地下水資源，采取最合適和經濟的方式加以利用，最大限度地發揮地下水資源對本區經濟社會發展的支持作用。

建設巖溶地下水庫難度很大，但已有實例證明可行。因地形崎嶇，巖溶水資源所處的巖溶地下管道十分發育且難于準確定位，巖溶水非均一性強且埋藏深度較大，地下河水本身的調蓄能力差，致使地下水勘查及開發的技術難度大，地下水開發工程建設困難，再加上對地下水開發未足夠重視，缺乏資金等外部條件，造成巖溶水的開發能力弱。但是從宏觀來說巖溶地區總是被非巖溶區包圍分割，非可溶巖可能成為隔水邊界，大的地下水庫址可能不會多，但經過詳細勘察總可選擇到合適的庫址和壩址，在地表也可以找到具有堵截成湖(庫)條件的溶蝕洼地，用工程措施攔蓄巖溶地區水資源在技術上是可行的。

3 興建巖溶地下水庫的技術問題

3.1 水庫淤積

地下水庫的流速變小，可使來水的固體物質沉淀在地下水庫的巖溶管道中，影響巖溶水庫的體積和運用，甚至產生澇災等生態環境的負面變化。要通過庫區綠化和治坡、治溝等水土流失治理措施減少雨水產生的沖蝕，通過沉沙池等對地表徑流進行預處理，以降低泥沙懸浮物質、營養物、有機碳等，必要時再使用過濾設備減少水中化學物質，抑制微生物的增長，可以解決含水層的堵塞問題，盡量避免補給水進入巖溶管道后產生的不良影響。同時在地下壩中設置沖砂孔，在運行中保證一定的地下水流動更替速度，可盡量減少淤積量，同時維持下游環境的生態平衡。

3.2 地下水庫浸沒和巖溶塌陷

巖溶地下水庫的運行使地下水位比較頻繁變化，地下水位上升可能引起水庫地帶的土地次生鹽漬化、沼澤化等災害現象，使農作物減產，工礦企業和民用建筑物地基條件惡化而損壞，礦井涌水量增加，鐵路、公路發生翻漿，文物保護的難度加大。隨著地下水庫蓄水，地下水水力坡降變陡，滲透流速加大，某些地方會產生滲漏，原有滲漏之處滲漏量將會進一步增大，產生水流沖蝕問題，而當地下水庫水位消落時，在入滲水和地下水的沖刷、淘蝕及氣爆、負壓等因素作用下，覆蓋在一些巖溶洞穴，溶隙入口處的黃土及巖溶洞隙充填物將被沖刷帶走，地下水庫淤積的泥沙只能堵塞細小的裂隙，并且很難保持穩定，水流通道逐漸擴大，會導致巖溶塌陷的次數和規模增大。通過控制地下水庫工程最高蓄水位，控制庫水的補給和利用量以控制水位變幅和速度，可避免本問題的發生。

3.3 水庫水質問題

地下水庫的流速變小，水體體積增大，可使來水的溶解物質積淀在其中，有機物的變化或生物的生長改變水質。要在巖溶地下水的補給區，大力營造水源林及防護林帶，過濾地表徑流，凈化水質;進一步推進庫區生態建設和環境保護工作，加快面源污染治理，改善農業生產結構，減少農藥、化肥使用量，大力建設污水處理廠，發展循環經濟，使城鎮生活廢棄物及工業三廢零排放，垃圾二次利用及無害化處理;防止礦產資源開發及其它生產活動對水資源的污染與破壞。

4 興建巖溶地下水庫措施

4.1 做好規劃工作

一要做到水資源開發利用與經濟社會協調發展，既要滿足經濟社會發展對它的需求，又要防止對其超采。二要做到統一配置，科學管理，做好流域規劃、區域規劃的銜接，做到地表、地下水資源統一規劃、統一配置，按照巖溶水的自然特點、生態與環境保護要求，處理好開發利用與保護之間的關系，統籌考慮其開發利用現狀、存在問題和未來一定時期內的各方面需求。三要重視水資源的生態與環境功能，既重開發又重保護，加強對水資源開發利用管理和污染預防監督管理，嚴格防止生態環境惡化。四要工程措施與非工程措施并重，綜合治理和開發，科學規劃地下水庫群、用水、節水、水土流失治理、污染預防、監測監控等工程，將開發利用水資源與治理巖溶山區生態環境、基本農田建設、農村能源工程等結合起來。

4.2 加強地下水庫開發的前期工作

從地質勘探和設計等方面科學論證地下水庫建設的可行性，從庫址的地質條件、地下水運動、樞紐布局、投資等方面對其進行充分審查，對于擬建區周圍各種可能影響工程的因素，都要進行詳細精確的調查，調查內容包括:氣候(降雨、濕度、蒸發等)、水文地質工程地質條件、補給水的水質、水量和時間選擇、含水層合理深度和儲存能力、當地經濟發展和供水需求、現有供水和排水網絡、農作物和植被情況、建庫技術、操作和維持地下水庫運行的技術等等。

4.3 重視現場試驗與監測研究

由于不同地點的、同一地點的不同層位的巖溶含水層都有自身的特殊性，不同的施工方法等等都會導致各種各樣的問題，要預防和解決它們，必須在地下水庫工程開工之前進行多次的小規模的現場試驗研究，獲取較全面的數據，以確保地下水庫建成后能夠正常運行。這些數據包括:地下水庫設計應用的水文地質參數、建壩技術、地下水庫徑流調節計算等。要建立包括氣象、水文地質和水土流失治理預警系統的水資源環境監測及預測系統，觀測水質、水量、地下河的流場，實現RS、GIS支持下的快速準確獲取水資源的時空分布信息，研究地下水庫環境下的三水轉化、儲存、運動規律和條件及環境效應、巖溶地球化學背景和巖溶過程、石漠化動態及演變等等，了解動態變化并及時采取預防措施，為地下水庫的維護管理打好基礎。

4.4 要建設和完善地下水庫的管理體系

要科學制定水資源管理的有關政策措施，完善水資源管理體制、地下水庫運行機制，利用經濟手段，科學管理水事活動。培訓地下水庫管理人才，提高其管理能力和水平。完善政策引導機制，吸引各種渠道的資金，加大地下水庫的建設投入。宣傳相關的法律、法規，加強公眾教育，形成保護生態環境、治理水土流失的文化氛圍。由于地下水庫的水源涉及到地表水、地下水，建設與管理涉及到水利、農業、環保、城市規劃、交通等部門，需要以水利部門作為主持部門，協調好相關部門，共同制訂運行地下水庫的方案與措施。

5 結語

桂西北巖溶地區水問題是廣西水利工 作迫切需要解決的問題之一。只有堅持科學的發展觀，在水土流失綜合治理，充分發揮地頭水柜雨水集蓄利用工程的作用的基礎上，通過科學規劃、合理布局修建地下水庫，形成工程、生物、農業相結合的綜合措施，充分調蓄地下水資源，使地下水得到合理利用和有效保護，才能確保用安全，提高水資源的利用效率和效益，增強水資源承載本區經濟社會發展的能力，走出一條解決干旱、恢復生態平衡、再造秀美山川之路，人口、資源、環境和經濟的和諧發展，發電、灌溉、供水的經濟效益與社會效益和環境效應三豐收，根本解決大石山區的水問題，促進本區可持續發展。地下水庫建設將標志著本區水資源開發利用進入地表水與地下水合理調蓄利用的新階段。

［1］鄧永光.解決桂西北大石山區水問題的措施淺探［J］.科技信息.2011，(11):274－402.

［2］黎誼鍇.應重視開發利用巖溶地下水.［EB/OL］.廣西壯族自治區地質礦產勘查開發局網站 http://www.gxdkj.com/build/200911/200911302227515713.htm，2009－11－30.

［3］黃志強，黃桂強.廣西巖溶地下水開發利用潛力大［EB/OL］.廣西壯族自治區國土資源廳 http://www.gxdlr.gov.cn/Newscentre/NewsShow.aspx NewsId=6378，2010 －01 －14.

［4］蔣忠誠.西南巖溶地區地下水與環境地質調查 項目進展和展望［EB/OL］.中國地質環境信息網 http://www.cigem.gov.cn/readnews.asp newsid=3272，2005 －05 －30.

［5］范宏喜.地下水能否解西南之渴——我國西南地區旱災審視與應對［EB/OL］.國土資源網 http://www.mlr.gov.cn/xwdt/dfdt/201003/t20100331_143512.htm，2010－03－31.